git.oblomov.eu Git - linux-2.6/blob - net/sched/sch_netem.c

   1 /*
   2  * net/sched/sch_netem.c        Network emulator
   3  *
   4  *              This program is free software; you can redistribute it and/or
   5  *              modify it under the terms of the GNU General Public License
   6  *              as published by the Free Software Foundation; either version
   7  *              2 of the License.
   8  *
   9  *              Many of the algorithms and ideas for this came from
  10  *              NIST Net which is not copyrighted.
  11  *
  12  * Authors:     Stephen Hemminger <shemminger@osdl.org>
  13  *              Catalin(ux aka Dino) BOIE <catab at umbrella dot ro>
  14  */
  15
  16 #include <linux/module.h>
  17 #include <linux/types.h>
  18 #include <linux/kernel.h>
  19 #include <linux/errno.h>
  20 #include <linux/skbuff.h>
  21 #include <linux/rtnetlink.h>
  22
  23 #include <net/netlink.h>
  24 #include <net/pkt_sched.h>
  25
  26 #define VERSION "1.2"
  27
  28 /*      Network Emulation Queuing algorithm.
  29         ====================================
  30
  31         Sources: [1] Mark Carson, Darrin Santay, "NIST Net - A Linux-based
  32                  Network Emulation Tool
  33                  [2] Luigi Rizzo, DummyNet for FreeBSD
  34
  35          ----------------------------------------------------------------
  36
  37          This started out as a simple way to delay outgoing packets to
  38          test TCP but has grown to include most of the functionality
  39          of a full blown network emulator like NISTnet. It can delay
  40          packets and add random jitter (and correlation). The random
  41          distribution can be loaded from a table as well to provide
  42          normal, Pareto, or experimental curves. Packet loss,
  43          duplication, and reordering can also be emulated.
  44
  45          This qdisc does not do classification that can be handled in
  46          layering other disciplines.  It does not need to do bandwidth
  47          control either since that can be handled by using token
  48          bucket or other rate control.
  49 */
  50
  51 struct netem_sched_data {
  52         struct Qdisc    *qdisc;
  53         struct qdisc_watchdog watchdog;
  54
  55         psched_tdiff_t latency;
  56         psched_tdiff_t jitter;
  57
  58         u32 loss;
  59         u32 limit;
  60         u32 counter;
  61         u32 gap;
  62         u32 duplicate;
  63         u32 reorder;
  64         u32 corrupt;
  65
  66         struct crndstate {
  67                 u32 last;
  68                 u32 rho;
  69         } delay_cor, loss_cor, dup_cor, reorder_cor, corrupt_cor;
  70
  71         struct disttable {
  72                 u32  size;
  73                 s16 table[0];
  74         } *delay_dist;
  75 };
  76
  77 /* Time stamp put into socket buffer control block */
  78 struct netem_skb_cb {
  79         psched_time_t   time_to_send;
  80 };
  81
  82 static inline struct netem_skb_cb *netem_skb_cb(struct sk_buff *skb)
  83 {
  84         BUILD_BUG_ON(sizeof(skb->cb) <
  85                 sizeof(struct qdisc_skb_cb) + sizeof(struct netem_skb_cb));
  86         return (struct netem_skb_cb *)qdisc_skb_cb(skb)->data;
  87 }
  88
  89 /* init_crandom - initialize correlated random number generator
  90  * Use entropy source for initial seed.
  91  */
  92 static void init_crandom(struct crndstate *state, unsigned long rho)
  93 {
  94         state->rho = rho;
  95         state->last = net_random();
  96 }
  97
  98 /* get_crandom - correlated random number generator
  99  * Next number depends on last value.
 100  * rho is scaled to avoid floating point.
 101  */
 102 static u32 get_crandom(struct crndstate *state)
 103 {
 104         u64 value, rho;
 105         unsigned long answer;
 106
 107         if (state->rho == 0)    /* no correlation */
 108                 return net_random();
 109
 110         value = net_random();
 111         rho = (u64)state->rho + 1;
 112         answer = (value * ((1ull<<32) - rho) + state->last * rho) >> 32;
 113         state->last = answer;
 114         return answer;
 115 }
 116
 117 /* tabledist - return a pseudo-randomly distributed value with mean mu and
 118  * std deviation sigma.  Uses table lookup to approximate the desired
 119  * distribution, and a uniformly-distributed pseudo-random source.
 120  */
 121 static psched_tdiff_t tabledist(psched_tdiff_t mu, psched_tdiff_t sigma,
 122                                 struct crndstate *state,
 123                                 const struct disttable *dist)
 124 {
 125         psched_tdiff_t x;
 126         long t;
 127         u32 rnd;
 128
 129         if (sigma == 0)
 130                 return mu;
 131
 132         rnd = get_crandom(state);
 133
 134         /* default uniform distribution */
 135         if (dist == NULL)
 136                 return (rnd % (2*sigma)) - sigma + mu;
 137
 138         t = dist->table[rnd % dist->size];
 139         x = (sigma % NETEM_DIST_SCALE) * t;
 140         if (x >= 0)
 141                 x += NETEM_DIST_SCALE/2;
 142         else
 143                 x -= NETEM_DIST_SCALE/2;
 144
 145         return  x / NETEM_DIST_SCALE + (sigma / NETEM_DIST_SCALE) * t + mu;
 146 }
 147
 148 /*
 149  * Insert one skb into qdisc.
 150  * Note: parent depends on return value to account for queue length.
 151  *      NET_XMIT_DROP: queue length didn't change.
 152  *      NET_XMIT_SUCCESS: one skb was queued.
 153  */
 154 static int netem_enqueue(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch)
 155 {
 156         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 157         /* We don't fill cb now as skb_unshare() may invalidate it */
 158         struct netem_skb_cb *cb;
 159         struct sk_buff *skb2;
 160         int ret;
 161         int count = 1;
 162
 163         pr_debug("netem_enqueue skb=%p\n", skb);
 164
 165         /* Random duplication */
 166         if (q->duplicate && q->duplicate >= get_crandom(&q->dup_cor))
 167                 ++count;
 168
 169         /* Random packet drop 0 => none, ~0 => all */
 170         if (q->loss && q->loss >= get_crandom(&q->loss_cor))
 171                 --count;
 172
 173         if (count == 0) {
 174                 sch->qstats.drops++;
 175                 kfree_skb(skb);
 176                 return NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_BYPASS;
 177         }
 178
 179         skb_orphan(skb);
 180
 181         /*
 182          * If we need to duplicate packet, then re-insert at top of the
 183          * qdisc tree, since parent queuer expects that only one
 184          * skb will be queued.
 185          */
 186         if (count > 1 && (skb2 = skb_clone(skb, GFP_ATOMIC)) != NULL) {
 187                 struct Qdisc *rootq = qdisc_root(sch);
 188                 u32 dupsave = q->duplicate; /* prevent duplicating a dup... */
 189                 q->duplicate = 0;
 190
 191                 qdisc_enqueue_root(skb2, rootq);
 192                 q->duplicate = dupsave;
 193         }
 194
 195         /*
 196          * Randomized packet corruption.
 197          * Make copy if needed since we are modifying
 198          * If packet is going to be hardware checksummed, then
 199          * do it now in software before we mangle it.
 200          */
 201         if (q->corrupt && q->corrupt >= get_crandom(&q->corrupt_cor)) {
 202                 if (!(skb = skb_unshare(skb, GFP_ATOMIC))
 203                     || (skb->ip_summed == CHECKSUM_PARTIAL
 204                         && skb_checksum_help(skb))) {
 205                         sch->qstats.drops++;
 206                         return NET_XMIT_DROP;
 207                 }
 208
 209                 skb->data[net_random() % skb_headlen(skb)] ^= 1<<(net_random() % 8);
 210         }
 211
 212         cb = netem_skb_cb(skb);
 213         if (q->gap == 0                 /* not doing reordering */
 214             || q->counter < q->gap      /* inside last reordering gap */
 215             || q->reorder < get_crandom(&q->reorder_cor)) {
 216                 psched_time_t now;
 217                 psched_tdiff_t delay;
 218
 219                 delay = tabledist(q->latency, q->jitter,
 220                                   &q->delay_cor, q->delay_dist);
 221
 222                 now = psched_get_time();
 223                 cb->time_to_send = now + delay;
 224                 ++q->counter;
 225                 ret = qdisc_enqueue(skb, q->qdisc);
 226         } else {
 227                 /*
 228                  * Do re-ordering by putting one out of N packets at the front
 229                  * of the queue.
 230                  */
 231                 cb->time_to_send = psched_get_time();
 232                 q->counter = 0;
 233
 234                 __skb_queue_head(&q->qdisc->q, skb);
 235                 q->qdisc->qstats.backlog += qdisc_pkt_len(skb);
 236                 q->qdisc->qstats.requeues++;
 237                 ret = NET_XMIT_SUCCESS;
 238         }
 239
 240         if (likely(ret == NET_XMIT_SUCCESS)) {
 241                 sch->q.qlen++;
 242                 sch->bstats.bytes += qdisc_pkt_len(skb);
 243                 sch->bstats.packets++;
 244         } else if (net_xmit_drop_count(ret)) {
 245                 sch->qstats.drops++;
 246         }
 247
 248         pr_debug("netem: enqueue ret %d\n", ret);
 249         return ret;
 250 }
 251
 252 static unsigned int netem_drop(struct Qdisc* sch)
 253 {
 254         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 255         unsigned int len = 0;
 256
 257         if (q->qdisc->ops->drop && (len = q->qdisc->ops->drop(q->qdisc)) != 0) {
 258                 sch->q.qlen--;
 259                 sch->qstats.drops++;
 260         }
 261         return len;
 262 }
 263
 264 static struct sk_buff *netem_dequeue(struct Qdisc *sch)
 265 {
 266         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 267         struct sk_buff *skb;
 268
 269         if (sch->flags & TCQ_F_THROTTLED)
 270                 return NULL;
 271
 272         skb = q->qdisc->ops->peek(q->qdisc);
 273         if (skb) {
 274                 const struct netem_skb_cb *cb = netem_skb_cb(skb);
 275                 psched_time_t now = psched_get_time();
 276
 277                 /* if more time remaining? */
 278                 if (cb->time_to_send <= now) {
 279                         skb = qdisc_dequeue_peeked(q->qdisc);
 280                         if (unlikely(!skb))
 281                                 return NULL;
 282
 283 #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
 284                         /*
 285                          * If it's at ingress let's pretend the delay is
 286                          * from the network (tstamp will be updated).
 287                          */
 288                         if (G_TC_FROM(skb->tc_verd) & AT_INGRESS)
 289                                 skb->tstamp.tv64 = 0;
 290 #endif
 291                         pr_debug("netem_dequeue: return skb=%p\n", skb);
 292                         sch->q.qlen--;
 293                         return skb;
 294                 }
 295
 296                 qdisc_watchdog_schedule(&q->watchdog, cb->time_to_send);
 297         }
 298
 299         return NULL;
 300 }
 301
 302 static void netem_reset(struct Qdisc *sch)
 303 {
 304         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 305
 306         qdisc_reset(q->qdisc);
 307         sch->q.qlen = 0;
 308         qdisc_watchdog_cancel(&q->watchdog);
 309 }
 310
 311 /*
 312  * Distribution data is a variable size payload containing
 313  * signed 16 bit values.
 314  */
 315 static int get_dist_table(struct Qdisc *sch, const struct nlattr *attr)
 316 {
 317         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 318         unsigned long n = nla_len(attr)/sizeof(__s16);
 319         const __s16 *data = nla_data(attr);
 320         spinlock_t *root_lock;
 321         struct disttable *d;
 322         int i;
 323
 324         if (n > 65536)
 325                 return -EINVAL;
 326
 327         d = kmalloc(sizeof(*d) + n*sizeof(d->table[0]), GFP_KERNEL);
 328         if (!d)
 329                 return -ENOMEM;
 330
 331         d->size = n;
 332         for (i = 0; i < n; i++)
 333                 d->table[i] = data[i];
 334
 335         root_lock = qdisc_root_sleeping_lock(sch);
 336
 337         spin_lock_bh(root_lock);
 338         kfree(q->delay_dist);
 339         q->delay_dist = d;
 340         spin_unlock_bh(root_lock);
 341         return 0;
 342 }
 343
 344 static void get_correlation(struct Qdisc *sch, const struct nlattr *attr)
 345 {
 346         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 347         const struct tc_netem_corr *c = nla_data(attr);
 348
 349         init_crandom(&q->delay_cor, c->delay_corr);
 350         init_crandom(&q->loss_cor, c->loss_corr);
 351         init_crandom(&q->dup_cor, c->dup_corr);
 352 }
 353
 354 static void get_reorder(struct Qdisc *sch, const struct nlattr *attr)
 355 {
 356         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 357         const struct tc_netem_reorder *r = nla_data(attr);
 358
 359         q->reorder = r->probability;
 360         init_crandom(&q->reorder_cor, r->correlation);
 361 }
 362
 363 static void get_corrupt(struct Qdisc *sch, const struct nlattr *attr)
 364 {
 365         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 366         const struct tc_netem_corrupt *r = nla_data(attr);
 367
 368         q->corrupt = r->probability;
 369         init_crandom(&q->corrupt_cor, r->correlation);
 370 }
 371
 372 static const struct nla_policy netem_policy[TCA_NETEM_MAX + 1] = {
 373         [TCA_NETEM_CORR]        = { .len = sizeof(struct tc_netem_corr) },
 374         [TCA_NETEM_REORDER]     = { .len = sizeof(struct tc_netem_reorder) },
 375         [TCA_NETEM_CORRUPT]     = { .len = sizeof(struct tc_netem_corrupt) },
 376 };
 377
 378 static int parse_attr(struct nlattr *tb[], int maxtype, struct nlattr *nla,
 379                       const struct nla_policy *policy, int len)
 380 {
 381         int nested_len = nla_len(nla) - NLA_ALIGN(len);
 382
 383         if (nested_len < 0)
 384                 return -EINVAL;
 385         if (nested_len >= nla_attr_size(0))
 386                 return nla_parse(tb, maxtype, nla_data(nla) + NLA_ALIGN(len),
 387                                  nested_len, policy);
 388         memset(tb, 0, sizeof(struct nlattr *) * (maxtype + 1));
 389         return 0;
 390 }
 391
 392 /* Parse netlink message to set options */
 393 static int netem_change(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt)
 394 {
 395         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 396         struct nlattr *tb[TCA_NETEM_MAX + 1];
 397         struct tc_netem_qopt *qopt;
 398         int ret;
 399
 400         if (opt == NULL)
 401                 return -EINVAL;
 402
 403         qopt = nla_data(opt);
 404         ret = parse_attr(tb, TCA_NETEM_MAX, opt, netem_policy, sizeof(*qopt));
 405         if (ret < 0)
 406                 return ret;
 407
 408         ret = fifo_set_limit(q->qdisc, qopt->limit);
 409         if (ret) {
 410                 pr_debug("netem: can't set fifo limit\n");
 411                 return ret;
 412         }
 413
 414         q->latency = qopt->latency;
 415         q->jitter = qopt->jitter;
 416         q->limit = qopt->limit;
 417         q->gap = qopt->gap;
 418         q->counter = 0;
 419         q->loss = qopt->loss;
 420         q->duplicate = qopt->duplicate;
 421
 422         /* for compatibility with earlier versions.
 423          * if gap is set, need to assume 100% probability
 424          */
 425         if (q->gap)
 426                 q->reorder = ~0;
 427
 428         if (tb[TCA_NETEM_CORR])
 429                 get_correlation(sch, tb[TCA_NETEM_CORR]);
 430
 431         if (tb[TCA_NETEM_DELAY_DIST]) {
 432                 ret = get_dist_table(sch, tb[TCA_NETEM_DELAY_DIST]);
 433                 if (ret)
 434                         return ret;
 435         }
 436
 437         if (tb[TCA_NETEM_REORDER])
 438                 get_reorder(sch, tb[TCA_NETEM_REORDER]);
 439
 440         if (tb[TCA_NETEM_CORRUPT])
 441                 get_corrupt(sch, tb[TCA_NETEM_CORRUPT]);
 442
 443         return 0;
 444 }
 445
 446 /*
 447  * Special case version of FIFO queue for use by netem.
 448  * It queues in order based on timestamps in skb's
 449  */
 450 struct fifo_sched_data {
 451         u32 limit;
 452         psched_time_t oldest;
 453 };
 454
 455 static int tfifo_enqueue(struct sk_buff *nskb, struct Qdisc *sch)
 456 {
 457         struct fifo_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 458         struct sk_buff_head *list = &sch->q;
 459         psched_time_t tnext = netem_skb_cb(nskb)->time_to_send;
 460         struct sk_buff *skb;
 461
 462         if (likely(skb_queue_len(list) < q->limit)) {
 463                 /* Optimize for add at tail */
 464                 if (likely(skb_queue_empty(list) || tnext >= q->oldest)) {
 465                         q->oldest = tnext;
 466                         return qdisc_enqueue_tail(nskb, sch);
 467                 }
 468
 469                 skb_queue_reverse_walk(list, skb) {
 470                         const struct netem_skb_cb *cb = netem_skb_cb(skb);
 471
 472                         if (tnext >= cb->time_to_send)
 473                                 break;
 474                 }
 475
 476                 __skb_queue_after(list, skb, nskb);
 477
 478                 sch->qstats.backlog += qdisc_pkt_len(nskb);
 479                 sch->bstats.bytes += qdisc_pkt_len(nskb);
 480                 sch->bstats.packets++;
 481
 482                 return NET_XMIT_SUCCESS;
 483         }
 484
 485         return qdisc_reshape_fail(nskb, sch);
 486 }
 487
 488 static int tfifo_init(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt)
 489 {
 490         struct fifo_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 491
 492         if (opt) {
 493                 struct tc_fifo_qopt *ctl = nla_data(opt);
 494                 if (nla_len(opt) < sizeof(*ctl))
 495                         return -EINVAL;
 496
 497                 q->limit = ctl->limit;
 498         } else
 499                 q->limit = max_t(u32, qdisc_dev(sch)->tx_queue_len, 1);
 500
 501         q->oldest = PSCHED_PASTPERFECT;
 502         return 0;
 503 }
 504
 505 static int tfifo_dump(struct Qdisc *sch, struct sk_buff *skb)
 506 {
 507         struct fifo_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 508         struct tc_fifo_qopt opt = { .limit = q->limit };
 509
 510         NLA_PUT(skb, TCA_OPTIONS, sizeof(opt), &opt);
 511         return skb->len;
 512
 513 nla_put_failure:
 514         return -1;
 515 }
 516
 517 static struct Qdisc_ops tfifo_qdisc_ops __read_mostly = {
 518         .id             =       "tfifo",
 519         .priv_size      =       sizeof(struct fifo_sched_data),
 520         .enqueue        =       tfifo_enqueue,
 521         .dequeue        =       qdisc_dequeue_head,
 522         .peek           =       qdisc_peek_head,
 523         .drop           =       qdisc_queue_drop,
 524         .init           =       tfifo_init,
 525         .reset          =       qdisc_reset_queue,
 526         .change         =       tfifo_init,
 527         .dump           =       tfifo_dump,
 528 };
 529
 530 static int netem_init(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt)
 531 {
 532         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 533         int ret;
 534
 535         if (!opt)
 536                 return -EINVAL;
 537
 538         qdisc_watchdog_init(&q->watchdog, sch);
 539
 540         q->qdisc = qdisc_create_dflt(qdisc_dev(sch), sch->dev_queue,
 541                                      &tfifo_qdisc_ops,
 542                                      TC_H_MAKE(sch->handle, 1));
 543         if (!q->qdisc) {
 544                 pr_debug("netem: qdisc create failed\n");
 545                 return -ENOMEM;
 546         }
 547
 548         ret = netem_change(sch, opt);
 549         if (ret) {
 550                 pr_debug("netem: change failed\n");
 551                 qdisc_destroy(q->qdisc);
 552         }
 553         return ret;
 554 }
 555
 556 static void netem_destroy(struct Qdisc *sch)
 557 {
 558         struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 559
 560         qdisc_watchdog_cancel(&q->watchdog);
 561         qdisc_destroy(q->qdisc);
 562         kfree(q->delay_dist);
 563 }
 564
 565 static int netem_dump(struct Qdisc *sch, struct sk_buff *skb)
 566 {
 567         const struct netem_sched_data *q = qdisc_priv(sch);
 568         unsigned char *b = skb_tail_pointer(skb);
 569         struct nlattr *nla = (struct nlattr *) b;
 570         struct tc_netem_qopt qopt;
 571         struct tc_netem_corr cor;
 572         struct tc_netem_reorder reorder;
 573         struct tc_netem_corrupt corrupt;
 574
 575         qopt.latency = q->latency;
 576         qopt.jitter = q->jitter;
 577         qopt.limit = q->limit;
 578         qopt.loss = q->loss;
 579         qopt.gap = q->gap;
 580         qopt.duplicate = q->duplicate;
 581         NLA_PUT(skb, TCA_OPTIONS, sizeof(qopt), &qopt);
 582
 583         cor.delay_corr = q->delay_cor.rho;
 584         cor.loss_corr = q->loss_cor.rho;
 585         cor.dup_corr = q->dup_cor.rho;
 586         NLA_PUT(skb, TCA_NETEM_CORR, sizeof(cor), &cor);
 587
 588         reorder.probability = q->reorder;
 589         reorder.correlation = q->reorder_cor.rho;
 590         NLA_PUT(skb, TCA_NETEM_REORDER, sizeof(reorder), &reorder);
 591
 592         corrupt.probability = q->corrupt;
 593         corrupt.correlation = q->corrupt_cor.rho;
 594         NLA_PUT(skb, TCA_NETEM_CORRUPT, sizeof(corrupt), &corrupt);
 595
 596         nla->nla_len = skb_tail_pointer(skb) - b;
 597
 598         return skb->len;
 599
 600 nla_put_failure:
 601         nlmsg_trim(skb, b);
 602         return -1;
 603 }
 604
 605 static struct Qdisc_ops netem_qdisc_ops __read_mostly = {
 606         .id             =       "netem",
 607         .priv_size      =       sizeof(struct netem_sched_data),
 608         .enqueue        =       netem_enqueue,
 609         .dequeue        =       netem_dequeue,
 610         .peek           =       qdisc_peek_dequeued,
 611         .drop           =       netem_drop,
 612         .init           =       netem_init,
 613         .reset          =       netem_reset,
 614         .destroy        =       netem_destroy,
 615         .change         =       netem_change,
 616         .dump           =       netem_dump,
 617         .owner          =       THIS_MODULE,
 618 };
 619
 620
 621 static int __init netem_module_init(void)
 622 {
 623         pr_info("netem: version " VERSION "\n");
 624         return register_qdisc(&netem_qdisc_ops);
 625 }
 626 static void __exit netem_module_exit(void)
 627 {
 628         unregister_qdisc(&netem_qdisc_ops);
 629 }
 630 module_init(netem_module_init)
 631 module_exit(netem_module_exit)
 632 MODULE_LICENSE("GPL");